Hamarosan megjelenhetnek az automata gyümölcs-betakarító robotok

2017. április 7. 16:29

A gyümölcsök gépi betakarítása érdekében az elmúlt időben a kutatók különböző technológiákat vizsgáltak. A létrehozott többféle speciális mechanizmus ellenére a vizsgálati módszerek két csoportra oszthatók: „rázd és fogd fel” (mennyiségi módszer) ill. „fogd és helyezd el” (robot módszer).

Almaleválasztási vizsgálat kézi ráró eszközzel

A „rázd és fogd fel” módszer a vibráció elvén működik, amikor a törzset vagy egy ágat rázzuk, és a lehulló gyümölcsöt egy megfelelő felfogó ernyővel gyűjtjük össze. Az ily módon betakarított gyümölcs feldolgozó üzembe kerül, mivel a sérülések miatt friss termékként nem értékesíthető. A „fogd és helyezd el” módszer ezzel szemben egyenként fogja meg, és választja le a gyümölcsöt, majd egy megfelelően kialakított konténerbe helyezi. A robotizált szüretelés egyelőre nem ért el nagy sikereket, elsősorban a nem kielégítő pontosság és gyorsaság, valamint az eszközök robusztussága miatt.

A teljesen automatikus betakarítás megvalósítása érdekében a Washington State University-n létrehoztak egy akciócsoportot ipari és egyetemi szakértők bevonásával. A célkitűzés egy olyan technológia kialakítása, amellyel a gyümölcs minimum 95%-a betakarítható maximum 5% sérüléssel, és amely 20%-nál kevesebb élő erőt igényel. A célkitűzés megfogalmazza az elvárt teljesítményt is, amely másodpercenként egy gyümölcs szüretelését jelenti. Ez versenyképes a jelenlegi technológiákkal.

A gyümölcsfák között automatikusan navigáló berendezés megjelenéséig ugyan még éveket kell várni, de az egyetemen működő program (Washington State University’s Center for Precision and Automated Agricultural Systems (CPAAS) részeként már megkezdték mindkét módszer egyes elemeinek kidolgozását.  

A „rázd és fogd fel” módszer

Az automatizált mennyiségi módszer, vagyis a rázó és felfogó ernyős megoldás nagy teljesítménnyel és viszonylag alacsony költséggel alkalmazható, ha a technológia gyenge pontjának tekintett betakarításkori sérülés elfogadható szinten tartható.

Egy ilyen, minimális sérüléssel dolgozó betakarítási rendszer kifejlesztésénél három alapvető problémát kell megoldani:
1.) a rázó-felfogó folyamat elfogadható teljesítményű és minőségű legyen;
2.) a rendszer elemei szabályozhatók legyenek annak érdekében, hogy az előző követelmény teljesüljön;
3.) a fák szerkezetének kialakítását oly módon, hogy alkalmasak legyenek a gyümölcstermesztés követelményeit kielégíteni, és legyenek „gép-barátok”. 

A soktényezős probléma megoldásához a CPAA csoport transzdiszciplináris megoldást választott, a biológiai és fizikai aspektusok átfogó megértése és a kihívásokra adandó megfelelő megoldások kidolgozása érdekében. Azt tapasztalták, hogy a rázási forma és ritmus megfelelő kombinációjával a faágról történő gyümölcsleválasztás hatékonysága növelhető, és egyúttal a betakarítás okozta sérülések csökkenthetők.

Megfelelően kialakított Gála alma állományban végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy szelektív rázással a gyümölcs 88%-a levált, és a rázásból származó sérülés nem érte el a 4%-ot. Függőlegesen nevelt Jazz alma ültetvényben, egy prototípus gyümölcs-megfogó eszközzel végzett vizsgálat során a gyümölcs 92%-át sikerült leválasztani, és ennek 99%-át a felfogó vászonról összegyűjteni úgy, hogy a betakarított gyümölcs 85%-a a legmagasabb minőségi követelményeknek is megfelelt.

A kísérletek alapján megállapítható, hogy az elvárt minőség megfelelően tervezett gyümölcsfogó berendezéssel „tömegtermelés” esetén is elérhető, mivel eltérő fajták esetén 15%, néhány fajtánál viszont 5% alatt tartható a betakarítási sérülésből származó vesztesség.

A „fogd és helyezd el” módszer

A „fogd és helyezd el” robot módszer három-lépéses rendszere, nevezetesen a gyümölcs helyének meghatározása, megfogása-leválasztása, majd elhelyezése, lehetővé teszi az egyenkénti szüretelést. Ezt a technológiát az 1980-as évek óta tanulmányozzák, és számos prototípust készítettek. Mindezek ellenére nagyon kevés megoldás jutott kereskedelmi szintig, tekintettel a nem kielégítő teljesítményre, a robusztus kivitelre és főleg a munkaminőségi hiányosságokra.

A három lépésből kettőnél, nevezetesen a gyümölcs helyének meghatározásánál és a leválasztás utáni elhelyezésnél már elfogadható szintig jutott a kutatás. A középső lépés, a leválasztás a legkritikusabb feladat, és továbbra is a legnagyobb kihívás a robotizált betakarítás szempontjából. A legtöbb kísérletben módosított ipari robotot próbáltak adaptálni, de ez nem vezetett eredményre. A gyümölcs megfogása és leválasztása sokkal komplikáltabb folyamat, mint amilyen az ipari megoldásoknál előfordul.

Az előzőekben ismertetett sikeres vizsgálatokra támaszkodva a CPAAS kutatói kifejlesztettek egy almaszedő robotot, amellyel hat másodperces alma leválasztási ciklusidőt értek el egy speciálisan előkészített állományban.


Speciális almaszedő kesztyű a leválasztás erő- és mozgásigényének vizsgálatához

Ez azonban még nem elégíti ki az elvárt teljesítményszintet. Annak érdekében, hogy megismerjék a leválasztás teljesítményének és minőségének hatékonyságát, a CPAAS kutatói tanulmányozták a gyümölcs leválasztásának dinamikáját. Megállapították, hogy különböző leválasztási módszer alkalmazásakor a megfogási erőszükségletnél 100%-os eltérés is lehetséges, miközben a leválasztásból származó gyümölcssérülés 0-60 % között változik. A kisebb leválasztási erőt igénylő megfogási módszer sokkal komplikáltabb volt, mint a gyümölcs ágról történő egyszerű letépése.

Egyéb alternatív lehetőségek

A friss piaci gyümölcs automatikus betakarítási rendszerének kidolgozásához sokkal kreatívabb megoldások szükségesek, mint meglévő egyéb rendszerek adaptálása. Egyik lehetséges terület egy teljes rendszerintegráció, amely magába foglalja az ember-gép-gyümölcsfa interakciót.

Kialakíthatunk egy olyan technológiát, ahol a kezelő együttműködik a robottal oly módon, hogy leegyszerűsíti a robot feladatát, amelyet az már automatikusan képes végrehajtani. A CPAAS program egy gépi látási rendszerrel dolgozik, amely a gyümölcsök nagy részét képes megtalálni és helyzetét meghatározni, a kezelőnek csupán a maradék 1-2%-ot kell megtalálni, amelyet a lombok eltakarnak a gép látása elől.

Az elmúlt években több cég és tőkebefektető érdeklődik a friss gyümölcs betakarítás robotizálása iránt. Például egy kaliforniai társaság, az Abundant Robotics, Inc. együttműködve a Washington Tree Fruit Research Commission-nal dolgozik egy alma szedő robot kifejlesztésén. A programban egy vákuumalapú szedőt alkalmaznak, amely megakadályozza a gyümölcssérülést, és amely képes másodpercenként egy gyümölcsöt betakarítani. Más társaságok, mint például az FFRobotics Izraelben, szintén foglakozik a gyümölcsszedés robotizálásával.

Mindezeket figyelembe véve úgy ítélhető meg, hogy a következő 3-5 év során az amerikai gyümölcstermelők már vásárolhatnak automata gyümölcs betakarító robotokat.

Forrás: Qin Zhang, Manoj Karkee, Resource Magazin.

(Dr. Jóri J. István – Agrofórum Online)

Témakör: